ВЛАСТИВОСТІ ПОЛІВ-ХВИЛЬ

Хвильовим процесом (або хвилею) називають коливальний процес, послідовно охоплює простір навколо джерела хвиль. Хвилі існують на лінійних матеріальних об'єктах (струнах, стрижнях, трубах і т. Д.), На поверхнях мембран, дзвонів, розділу двох середовищ і в тривимірних середовищах. Розрізняють хвилі поздовжні і поперечні: звук в газах є поздовжньої хвилею, а електромагнітні хвилі - поперечні (згадаємо злам на рис. 56 перехідного процесу). В однорідних середовищах хвилі поширюються з постійною швидкістю, званої фазової швидкістю хвилі. Її чисельне значення залежить від властивостей середовища.

Рівняння найбільш простий монохроматичної хвилі має вигляд:

Тут введено такі позначення:

х - координата точки спостереження;

Уф - фазова швидкість фронту хвилі;

зі - кругова (циклічна) частота, з = 2л>;

S '- який-небудь параметр хвильового процесу;

So - його амплітудне значення;

t - час.

Сенс дробу ( х / Уф ) - це час запізнювання початку коливального процесу в даній точці в порівнянні з джерелом. Тому для хвилі, що біжить від початку координат в позитивному напрямку осі л :, стоїть знак мінус.

Що рухається в хвильовому процесі?

Об'єкт або стан? Звернемося до добре відомим хвилях на поверхні рідини. При Пробегание хвилі немає перенесення маси, поплавок вудки в озері коливається на одному місці, хвиля від кинутого каменя його не зносити. Зміщується же фронт хвилі - геометричне місце точок середовища, що мають однакову фазу процесу. У розглянутому прикладі, поряд з фазової, можна користуватися ще поняттям швидкості коливань, з якої відбувається зміщення поплавка по відношенню до рівня спокійної поверхні води. Коливальна швидкість визначить енергію коливання одиниці об'єму води. Ця енергія переноситься разом з фронтом хвилі.

Таким чином, хвиля описує в загальному випадку перенесення стану будь-якого процесу (його фази), а не рух об'єкта.

Важливою характеристикою хвильового процесу є величина X, звана довжиною хвилі. За визначенням, це відстань прохідне фронтом хвилі за час одного повного коливання (періодичної зміни параметра S):

Іншими словами, довжина хвилі - це інтервал періодичності в просторі. В однорідному середовищі монохроматична, тобто має постійну частоту, хвиля не переносить будь-якої інформації, так як нескінченне число абсолютно однакових інтервалів періодичності невиразно, нічим не виділено один від одного.

Фізична інформація та фізичний вплив передаються групою хвиль. В результаті суперпозиції групи хвиль виникає хвильовий пакет (німці кажуть - цуг хвиль, французи - хвильової поїзд). Хвильовий пакет являє собою поступове наростання амплітуди коливання до максимуму, після чого амплітуда знижується. Тому він виділяється на тлі окремих монохроматичних хвиль. Швидкість його поширення може не збігатися з фазової швидкістю компонент, це ще одна величина V ep - групова швидкість, якою користуються при розгляді хвильових процесів.

І ще один термін - хвильовий вектор. Це вектор, напрям якого в даній точці перпендикулярно фронту хвилі. Він показує напрямок променя, за яким хвиля проходить обрану точку спостереження. Модуль хвильового вектора показує, яке число хвиль укладається на відрізку в 1 м, або частіше - на відрізку 2л:

З використанням введених параметрів, загальний вираз для хвилі в тривимірному середовищі має вигляд:

Електромагнітні хвилі в речовині поширюються з меншою швидкістю, ніж у вакуумі. Характеристикою уповільнення є показник заломлення речовини:

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >